可编程控制器是可编程序控制器(Programmable Controller)的简称,通常缩写为PC。但它不是个人计算机的PC(Personal Computer)。也不仅是(但包括)早期的可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)、可编程顺序控制器PSC(Programmable Sequenec Controller)及可编程矩阵控制器PMC(Programmable Matrix Controller)。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器,用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式、模拟式的输入或输出,控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应按照易于与工业控制形成一个整体,易于扩充其功能的原则来设计。
可编程控制器实际上是面向用户需要,适宜安装在工作现场的、为进行生产控制所设计的专用计算机。因而它和计算机有基本类似的结构,但按其作用它有自己的特点:
(1)编程简单,使用面向控制操作的控制逻辑语言。比如,梯形图、顺序功能流程图。生产现场的工人易于掌握和使用它,便于普及和应用。
(2)可靠性高,抗干扰能力强,适于在恶劣的生产环境下运行。它完全不需要一般计算机所要求的环境。因为它采用了很多硬件措施(屏蔽、滤波、隔离等)和软件措施(故障的检测与处理、信息的保护与恢复等),以提高可靠性,适应生产现场的要求。
(3)系统采用了分散的模块化结构。这不但使之可针对各类不同控制需要进行组合,便于扩展;也易于检查故障和维修更换,从而大大提高了效率。目前较的PC还配有各类智能化模板,如:模拟量I/O模板,PID过程控制模板,I/O通讯模板,视觉输入、伺服及编码等专用模板等等,大大提高了PC的功能与适应性。
(4)由于PC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术,故可将其设计得紧凑、坚固、小体积,再加上它的可靠性,PC易于装入机械设备内部,实现机电一体化。
(5)相对于继电器逻辑控制而言,PC可节省大量继电器,故降低了成本且提高了可靠性,而且用程序来执行控制功能,使其灵活易于修改。这一切都大大提高了其性能价格比。
(6)目前中、PC均具有极强的联网通讯能力。通过简单的组合可连成工业局域网,在网络间通讯。并可通过网络连接主控级的计算机,实现计算机集成制造系统对全厂的自动化生产和管理都能进行控制。
目前可编程控制器已广泛应用于交通运输、食品工业、木材加工、采矿、冶金、化工、石油、环保(污水处理)、市政(供水、供热)、电力、水泥生产、机械制造、汽车制造、造纸、纺织、娱乐等各行各业。
如果从PC具体的控制对象和类型来看,它有如下几个方面的特点:
(1)用于顺序逻辑控制
这是早期PC与现代PC都具备的基本控制类型。如:电站设备的自动起停、石油化工各种阀门的自动关闭、机床电气控制、高炉上料、货物存取(仓库、停车场)、电梯控制等各种单机、多机群、自动生产线的控制等。
(2)用于闭环过程控制
现代的中PC都具有PID控制功能,可监控多个回路进行PID调节控制,能对温度、流量、位置、速度等进行闭环过程控制,如:锅炉、冷冻、反应堆、自动电焊机等等。
(3)用于机械加工的数字控制和机器人的控制
PC能和机械加工中的数控机床与加工中心结合进行数值控制。PC也用于对自动化生产网络中的机器人进行控制,如自动加工生产线或自动焊接线上的机器人的多维机械动作的控制。
(4)用于组成多级分布式控制系统
PC是组成多级分布式控制系统的底层车间生产级的基本设备。可和其它各级通过工业局域网通讯,以实现全厂自动化生产网络的计算机集成制造系统的生产方式。目前各大PC生产厂家都分别建立了自己的多级分布式控制系统。据说,美国一些大的PC厂家:A--B公司、GE公司、GOULD公司等,和美国一些大的计算机厂家:IBM公司、DEC公司、HP公司、MOTOROLA公司等已表示同意遵守美国GM公司提出的“制造自动化通信协议(MAP)”。显然这为实现异机通讯,实现计算机集成制造系统(CIMS)的规范化创造了条件。
1969年,美国数字设备公司(DEC)根据对生产过程进行控制的需要,研制出了台可编程控制器,并在美国通用汽车公司(GM)的汽车自动装配线上试用成功。尽管当时的可编程控制器功能有限、体积庞大,但它标志着这门新技术的产生和迅速发展的开始。
早期的可编程控制器虽然采用了计算机技术的优点和设计思想,并注重了面向用户、用于控制和适合工业现场的特点,但限于当时的技术发展水平,其功能很有限,器件多、线路复杂且体积大,名称也不统一。
随着网络技术的发展,现代可编程控制器对网络功能的要求更强,一般都有现场总线功能、互连网接入功能等,EASY嵌入式PLC采用CAN bus现场总线技术并支持专用的嵌入式Web服务器。
2003年,中国PLC市场规模达26.8亿人民币,小型PLC占64%,由于中国制造业的高速发展,市场未来可望保持年15%的增长率。
在传统的单机设备控制增长的前提下,PLC正在压缩单片机应用市场,挤占DCS份额,与IPC全面对抗。
中国的PLC市场,仅5%为本土化产品,其他均为国外制造。在压缩单片机市场和IPC市场的竞争中,具有现场总线和互连网接入功能的PLC(尤其是小型PLC)体现出强大竞争力,EASY嵌入式PLC正是在这种市场推动下产生的。
PLC的安装
在安装PLC时,要避开下列场所:①环境温度超过0~50摄氏度的范围。②相对湿度超过85%或者存在露水凝聚(由温度突变或其他因素所引起的)。③太阳光直接照射。④有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。⑤有大量铁屑及灰尘。⑥频繁或连续的振动,振动频率为10~55赫兹、幅度为0.5毫米(峰—峰)。⑦超过10g(重力加速度)的冲击。
为了使控制系统工作可靠,通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中,以防止灰尘、油污、水溅。为了保证其温度保持在规定环境温度范围内,安装机器应有足够的通风空间,基本单元和扩展单元之间要有30毫米以上间隔。如果周围环境超过55摄氏度,要安装电风扇,强迫通风。
为了避免其他外围设备的电干扰,可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备,可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200毫米的距离。
电源接线
PLC供电电源为50赫兹、220伏±10%的交流电。
如果电源发生故障,中断时间少于10毫秒,PLC工作不受影响。若电源中断超过10毫秒或电源下降超过允许值,则PLC停止工作,所有的输出点均同时断开。当电源恢复时,若RUN输入接通,则操作自动进行。
对于电源线来的干扰,PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重,可以安装一个变比为1∶1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。
接地
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接,基本单元接地。如果要用扩展单元,其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰,应给可编程控制器接上专用地线,接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开。若达不到这种要求,也必须做到与其他设备公共接地,禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。
直流24伏接线端
PLC上的24伏接线端子,还可以向外部传感器(如接近开关或光电开关)提供电流。24伏端子作传感器电源时,COM端子是直流24伏地端。如果采用扩展单元,则应将基本单元和扩展单元的24伏端连接起来。另外,任何外部电源不能接到这个端子上。
如果发生过载现象,电压将自动跌落,该点输入对可编程控制器不起作用。
每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点,它不耗电,因此在这种情况下,24伏电源端子向外供电流的能力可以增加。
输入接线
一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线,一般指外部传感器与输入端口的接线。
输入器件可以是任何无源的触点或集电极开路的NPN管。输入器件接通时,输入端接通,输入线路闭合,同时输入指示的发光二极管亮。
输入端的一次电路与二次电路之间,采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器,以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。
若在输入触点电路串联二极管,在串联二极管上的电压应小于4伏。若使用带发光二极管的舌簧开关,串联二极管的数目不能超过两只。
输出接线
可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。输出端接线分为独立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时,同一号码的两个输出端接通。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板,因此,应用熔丝保护输出元件。
采用继电器输出时,承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命,因此继电器工作寿命要求长。